2020版高中物理 第二章 交变电流3 示波器的使用

2020版高中物理 第二章 交变电流3 示波器的使用

‎3　示波器的使用 ‎[学习目标]　1.了解示波器面板上各个旋钮的名称及作用.2.练习使用示波器观察交流电的 波形.‎ 一、认识示波器 如图1所示编号对应的旋钮名称及作用如下：‎ 图1‎ ‎1.电源开关.‎ ‎2.电源指示灯：开启电源开关，进行预热，指示灯亮.‎ ‎3.辉度调节旋钮：用来调节图像亮度.‎ 两者配合使用，可使打到荧光屏上的电子束会聚成一个小亮斑.‎ 这两个旋钮可以分别调节图像的竖直和水平位置.‎ 8‎ 这两个旋钮可以分别调节图像在Y方向和X方向的幅度.‎ ‎10.衰减调节旋钮：最右边的“”符号表示机内提供正弦交流信号.‎ ‎11.扫描范围旋钮：用来调节扫描电压的频率范围，其中最右边的“外X”挡是指使用外部 输入的扫描电压.‎ ‎12.扫描微调旋钮：在选定扫描范围内调节扫描频率.‎ ‎13.外部信号输入端：包括“Y输入”、“X输入”和“地”三个接线柱，其中“地”是公 共端.‎ ‎14.交直流选择开关：“DC”代表直流，“AC”代表交流.‎ ‎15.同步极性选择开关.‎ 二、练习使用示波器 观察亮斑及亮斑移动 ‎(1)看亮斑：辉度调节旋钮逆时针转到底，竖直位移和水平位移旋钮旋到中间，扫描范围旋钮置“外X”挡.辉度调节旋钮最弱是为了当亮斑出现时不会过亮烧坏荧光屏，后面可慢慢调节到较合适亮度.竖直位移和水平位移旋钮旋到中间，目的是为了使亮斑出现时能出现在屏幕上，而不会跑到屏幕外.亮斑出现了，调节聚焦旋钮和辅助聚焦旋钮，使亮斑最圆最小.调节水平位移和竖直位移旋钮观察亮斑水平和上下移动.‎ ‎(2)观察亮斑移动(扫描)：把衰减调到1，扫描范围旋钮调到最低挡，扫描微调旋钮逆时针转到底.目的是使扫描频率最小.扫描一次的时间是亮点从左边运动到右边所用的时间，扫描频率则是一秒钟从左边到右边运动的次数.要看到是一个亮点运动，必须使频率小.当看到亮斑运动后，调节扫描微调旋钮，可看到亮斑运动得更快，最后变成了一条亮线.‎ ‎[即学即用]　如图2所示为示波器面板，屏上显示的是一亮度很低、线条较粗且模糊不清的波形.‎ 图2‎ ‎(1)若要增大显示波形的亮度，应调节________旋钮.‎ ‎(2)若要屏上波形线条变细且边缘清晰，应调节______旋钮.‎ ‎(3)若要将波形曲线调至屏中央，应调节________与______旋钮.‎ 答案　(1)辉度(或写为)　(2)聚焦(或写为⊙)‎ ‎(3)竖直位移(或写为↑↓)　水平位移(或写为)‎ 8‎ 一、使用示波器 ‎[导学探究]　(1)打开示波器电源开关后，为什么要预热1～2分钟后再开始使用？‎ ‎(2)调节亮斑前，为什么要先把辉度调节旋钮反转到底？竖直、水平位移旋钮调到中间位置？衰减调节旋钮置于最高挡？扫描范围旋钮置于“外X”挡？‎ 答案　(1)示波管中的电子枪需要预热，才有电子发射出来.‎ ‎(2)以免开机时亮度太大损坏示波管；使图像位于屏幕中央；使波形不要太大，以免超出屏幕范围；不加扫描电压，使图像在水平中央位置.‎ 例1　用示波器观察频率为900 Hz的正弦电压信号.把该信号接入示波器Y输入.‎ ‎(1)当屏幕上出现如图3所示的波形时，应调节________旋钮.如果正弦波的正、负半周均超出了屏幕的范围，应调节____________或____________调节旋钮，或这两个旋钮配合使用，以使正弦波的整个波形出现在屏幕内.‎ 图3‎ ‎(2)如需要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形，应将______旋钮置于______的位置，然后调节________旋钮.‎ 答案　(1)竖直位移(或↑↓)　衰减　Y增益 ‎(2)扫描范围　1 000挡　扫描微调 解析　(1)屏幕上的波形位置偏上，应该调节“竖直位移”(“↑↓”)旋钮使其向下移动到屏幕中心；如果正弦波的正、负半周均超出屏幕的范围，说明波形在竖直方向上的最大距离(波幅)过大，应该调节“Y增益”旋钮使波幅减小，或者调节“衰减”旋钮使整个波形缩小；‎ ‎(2)如果需要屏幕上出现一个完整的正弦波形，则应使横向扫描频率等于900 Hz的正弦电压的频率.首先应将“扫描范围”旋钮置于“1 ‎000”‎挡的位置，然后调节“扫描微调”旋钮，使扫描频率达到900 Hz即可形成稳定的波形.‎ ‎1.观察正弦波或余弦波：若外加的是正弦交变电压，当扫描频率是交变电压频率的整数倍时可在屏上看到正弦波形.‎ 正弦波的形成：亮斑从左到右运动的时间若刚好等于交变电压的周期，则在屏上出现一个完整正弦波形，若是交变电压周期的两倍，则出现两个完整波形.‎ 8‎ ‎2.注意竖直位移旋钮和Y增益调节旋钮以及水平位移旋钮和X增益调节旋钮之间的区别：一个是调节平衡位置上下运动，一个是调节上下运动振幅.一个是调节水平扫描中心位置，一个是调节扫描幅度.‎ ‎3.注意衰减调节旋钮和Y增益调节旋钮之间的关系，衰减调节旋钮是大幅度调节振幅，1是不衰减，10表示振幅变为原来的十分之一，100表示变为原来的一百分之一.而Y增益调节旋钮是较小范围调节振幅.‎ 注意扫描范围旋钮和扫描微调旋钮配合调节扫描频率，如要调到频率为900 Hz，则先把扫描范围旋钮打在1 000 Hz处，再调节扫描微调旋钮使频率在1 000 Hz左右小范围变动，可调到900 Hz.‎ 二、示波器的工作原理 例2　(多选)电子枪发射出的电子打在荧光屏上时，会在那里产生一个亮斑，如果在荧光屏上得到如图4所示的亮斑P，那么示波管中的(　　)‎ 图4‎ A.极板X应带正电 B.极板X′应带正电 C.极板Y应带正电 D.极板Y′应带正电 答案　BC 例3　(多选)图5中(1)所示是示波管的原理图，它是由电子枪、竖直偏转电极YY′、水平偏转电极XX′和荧光屏组成.电子枪发射的电子打在荧光屏上将出现亮点，不加任何电压时，电子打在荧光屏中心.若亮点很快移动，由于视觉暂留关系，能在荧光屏上看到一条亮线.现在加上频率较高的偏转电压，则(　　)‎ 8‎ 图5‎ A.如果只在偏转电极XX′上加上如图(2)所示的电压，应观察到一条水平亮线 B.如果只在偏转电极YY′上加上如图(3)所示U＝Umsin ωt的电压，应观察到一条正弦曲线如图(4)所示 C.如果在偏转电极YY′上加上如图(3)所示U＝Umsin ωt的电压，同时在偏转电极XX′上加上如图(2)所示的电压，应观察到一条正弦曲线如图(5)所示 D.如果在偏转电极YY′上加上如图(3)所示U＝Umsin ωt的电压，同时在偏转电极XX′上加上如图(2)所示的电压，应观察到一条正弦曲线如图(4)所示 答案　AD 解析　如果在偏转电极XX′上加上题图(2)所示的电压，应观察到一条水平的亮线，故A正确；如果只在偏转电极YY′上加上题图(3)所示U＝Umsin ωt的电压，则在水平方向不运动，只在竖直方向偏转，应观察到一条竖直的亮线，故B错误；如果在偏转电极YY′上加上题图(3)所示U＝Umsin ωt的电压，同时在偏转电极XX′上加上题图(2)所示的电压，因题图(2)中的电压为单一方向上，则形成的图像只在O点的一侧如题图(4)所示，故C错误，D正确.‎ ‎1.(示波器的使用)在“练习使用示波器”的实验中，关于竖直位移旋钮和Y增益调节旋钮的作用，下列说法正确的是(　　)‎ A.竖直位移旋钮用来调节图像在竖直方向的位置，Y增益调节旋钮用来调节图像在竖直方向的幅度 B.竖直位移旋钮用来调节图像在竖直方向的幅度，Y增益调节旋钮用来调节图像在竖直方向的位置 C.竖直位移旋钮和Y增益调节旋钮都是用来调节图像在竖直方向的位置的 D.竖直位移旋钮和Y增益调节旋钮都是用来调节图像在竖直方向的幅度的 答案　A 解析　竖直位移旋钮可以调节图像在屏幕竖直方向的位置，使观察的信号位于屏幕中央，Y增益调节旋钮则用来调节图像在竖直方向的幅度，故A正确，B、C、D错误.‎ ‎2.(示波器的使用)某学生在做“练习使用示波器”的实验时，将衰减调节旋钮拨到“”挡，将扫描范围旋钮拨到10～100 Hz挡，然后再调节扫描微调旋钮，当示波器荧光屏上出现两个完整的正弦波形时，其频率为(　　)‎ A.10 Hz B.25 Hz C.50 Hz D.100 Hz 答案　B 8‎ 解析　由示波器的工作原理知，当把衰减调节旋钮调到“”挡时，是由机内提供竖直方向的按正弦规律变化的50 Hz的交流电压，当扫描频率也等于50 Hz时，荧光屏上应出现1个完整的正弦波形，现在荧光屏上出现两个完整的正弦波形，扫描频率应是交流信号电压变化频率的一半，所以扫描频率应是25 Hz.‎ ‎3.(示波器的使用)在“练习使用示波器”实验中，某同学将衰减调节旋钮置于最右边的“”挡，扫描范围旋钮置于“外X”挡，“X输入”与“地”之间未接信号输入电压，他在示波器荧光屏上看到的图像可能是下列图中的(　　)‎ 答案　B ‎4.(用示波器显示外加信号的波形)用示波器观察交流信号时，在显示屏上显示出一个完整的波形(如图6所示)，经下列四组操作之一，使该信号显示出两个完整的波形，且波形幅度增大，此组操作是(　　)‎ 图6‎ A.调节X增益调节旋钮和竖直位移旋钮 B.调节X增益调节旋钮和扫描微调旋钮 C.调节扫描微调旋钮和Y增益调节旋钮 D.调节水平位移旋钮和Y增益调节旋钮 答案　C 解析　调节扫描微调旋钮，减小扫描电压的频率，也就增大了其周期，而信号电压的频率不变，所以在扫描的一个周期内显示的完整波形个数增多.调节Y增益调节旋钮即可使波形幅度增大，故C正确.‎ 8‎ ‎5.(用示波器显示外加信号的波形)(多选)示波管的内部结构如图7甲所示，如果在偏转电极XX′、YY′之间都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心，如果在偏转电极XX′之间和YY′之间加上图丙所示的几种电压，荧光屏上可能会出现图乙中(a)、(b)所示的两种波形.则(　　)‎ 图7‎ A.若XX′和YY′分别加电压(3)和(1)，荧光屏上可以出现图乙中(a)所示波形 B.若XX′和YY′分别加电压(4)和(1)，荧光屏上可以出现图乙中(a)所示波形 C.若XX′和YY′分别加电压(3)和(2)，荧光屏上可以出现图乙中(b)所示波形 D.若XX′和YY′分别加电压(4)和(2)，荧光屏上可以出现图乙中(b)所示波形 答案　AC 解析　若XX′和YY′分别加电压(3)和(1)，则横轴自左向右移动，纵轴按正弦规律变化，荧光屏上可以出现如题图乙(a)所示波形，选项A对.若XX′和YY′分别加电压(4)和(1)，则横轴不变，即波形只在纵轴上，不管纵轴上面波形如何变化始终只能在横轴出现一条线，题图乙(a)、(b)都不可能出现，选项B错.若XX′和YY′分别加电压(4)和(2)荧光屏上出现两亮点，选项D错.若XX′和YY′分别加电压(3)和(2)，荧光屏上可出现如题图乙(b)所示波形，则选项C对.‎ ‎6.(示波器的使用)在“练习使用示波器”的实验中：‎ ‎(1)为观察亮斑在竖直方向上的偏移，应该将扫描范围旋钮置于“外X”挡，使亮斑位于屏的________，然后，应把“DC”－“AC”开关置于________位置，以给示波器输入一个直流电压.‎ ‎(2)为给示波器输入一个Y方向的直流电压(要求电压从零开始逐渐增加)，请将图8中器材与示波器连成正确的电路.‎ 8‎ 图8‎ ‎(3)如果在示波器荧光屏上发现水平方向有一自左向右的移动图形，现要使它在水平方向出现一条直线的方法是(　　)‎ A.逆时针旋转辉度调节旋钮 B.调节扫描范围旋钮和扫描微调旋钮，减小扫描频率 C.调节衰减旋钮 D.调节扫描范围旋钮和扫描微调旋钮，增大扫描频率 ‎(4)若在示波器的“Y输入”和“地”之间加上如图9所示的电压，而扫描范围旋钮置于“外X”挡，则此时屏上应出现的情形是下列图中的(　　)‎ 图9‎ 答案　(1)中心　DC　(2)电路如图所示　(3)D ‎(4)C 解析　把扫描范围旋钮置于“外X”挡，调整水平位移、竖直位移旋钮，使亮斑位于屏的中心.然后，应把“DC”－“AC”开关置于“DC”位置，以给示波器输入一个直流电压.电路的连接要求符合电压是从零开始逐渐增加的，故“Y输入”端电势要比接“地”端电势高.当图形自左向右移动，若速度更快，便可成为一条亮线，故应增加扫描频率.在“Y输入”与“地”之间加一恒定电压，扫描范围旋钮置于“外X”挡时，在光屏上出现的是竖直方向上的一个亮斑，C正确.‎ 8‎